水稻工厂化育秧流水线的振动式排种器设计.doc

东北农业大学学士学位论文 学号：水稻工厂化育秧流水线的振动式排种器设计学生姓名： 指导教师： 所在院系：工程学院所学专业：农业机械化及其自动化研究方向：机械设计东 北 农 业 大 学中国哈尔滨2015年6月NEAU Bachelor Degree Dissertation Student id: A07110683 Design of Vibration Seeder for Rice Seedling Factory NurseingCandidate: Instructor: Institute: College of EngineeringMajor: Agricultural Mechanization and automationResearch Interests: Mechanical designNortheast Agriculture UniversityHarbin, China June 2015摘要摘 要水稻是我国主要的粮食作物之一，人工播种育秧劳动强度大，而目前水稻播种器在作业时存在伤种，因此急需研制一种新原理、新结构的排种器进行设计。结合水稻机械化种植的农艺要求，在分析国内外水稻秧盘育秧播种流水线特点的基础上，着重从精量取种、准确播种等关键技术方面进行了深入研究。采用振动原理，研制了一种振动式精密播种装置，用于水稻工厂化育秧，实现播种的精确控制；通过关键技术的研究与应用，设计了一种适应于水稻秧盘育秧精密播种的振动式水稻秧盘育秧精密排种器。具体结果如下：首先，介绍了水稻工厂化育秧播种流水线的组成和工作原理，进而确定了振动式排种器的总体结构；采用机械式定量供种装置，即勺式排种器，将种子实时定量的供应给振动式排种盘，完成了对该核心工作部件的二维结构设计；以水稻育秧盘为工作对象，采用气动振动器驱动，为了适应不同秧盘的育秧播种，完成了不同数量V形槽板数的振动排种盘的二维结构设计；应用CATIA软件，建立了勺式定量供种装置和振动排种盘的三维零件建模，并将其装配在一起；该排种器利用勺式排种器将种子从种箱中播出，种子落于筛分板上，经振动筛分、除杂后，流入到与其安装为一体的V形槽板上，种子流沿V形槽板有序排队，最后经出口播出。实现了水稻机械化秧盘育秧的播种作业过程，可以装配流水线上，实现水稻工厂化育秧。关键词：水稻育秧；流水线；勺式；振动式IAbstractDesign of Vibration Seeder for Rice Seedling Factory NurseingAbstractRice is one of the main grain crops in China, artificial seeding high labor intensity, and the current rice seeder in operation exist damage. Therefore, it is necessary and urgent to develop a new principle, new structure of the metering device was designed.Combined with the requirements of the rice planting mechanization of agronomic, in the analysis of domestic and foreign rice seedling tray seeding line features based on, especially from the precision take, accurate seeding and other key technologies of in-depth study.A vibration type precision seed metering device was developed by using the principle of vibration, for factory rice seedling, the precise control of the realization of planting; through the key technology research and application of design suitable for Tray Nursing Seedlings of rice precision seeding of the vibrating tray nursing seedlings of rice precision seeding device. The main results are as follows:Firstly, this paper introduces the composition and working principle of the rice seedling factory seeding assembly, and to determine the vibration row the overall structure; the mechanical quantitative and suppling device, namely the spoon type row device, the supply of seed quantitative real time PCR to vibration row plate, completed the design of the two-dimensional structure of the core components of; to rice seedling raising disk as the work object, vibrator driven by pneumatic, in order to adapt to the different seedling tray seedling planting, completed the vibration of different number of V-shaped trough plate number plate of the two-dimensional structure design;Application of CATIA software, the establishment of a scoop ration and suppling device and the vibration of metering disc three-dimensional modeling of parts and the assembly together; the seed metering device using scoop metering device will be aired a seed from the seed box, seed falls on the sieving plate, vibration sieving, removing impurities into the installed on one of the V-shaped trough plate, seed flow along the V shaped groove plate orderly queue, the export broadcast. The seeding process of mechanized seedling seedling, can realize the assembly line, rice seedling factory.Key Words：Rice seedling-nursery；Assembly line；Spoon；Vibration typeII目 录摘要IAbstractII1 绪论- 1 -1.1 课题背景- 1 -1.1.1 水稻生产情况及意义- 1 -1.1.2 水稻的主要种植模式及分布区域- 2 -1.1.3 水稻种植技术的多样性- 3 -1.1.4 超级稻机械化播种的难度- 3 -1.2 水稻秧盘育秧播种流水线的关键技术现状- 4 -1.2.1 秧盘育秧精密播种装置- 4 -1.2.2 秧盘- 8 -1.3 水稻秧盘育秧播种流水线的发展趋势- 9 -1.4 研究目标与研究内容- 9 -1.4.1 研究目标- 9 -1.4.2 主要研究内容- 9 -2 水稻秧盘育秧精密播种机总体配置- 10 -2.1 总体结构- 10 -2.2 振动式精密播种装置结构及工作原理- 10 -3 气动振盘基本理论及振动器选取- 12 -3.1 气动振盘排种的基本理论- 12 -3.2 水稻种子输送的基础理论分析- 12 -3.3 振动器的选择- 12 -3.3.1 电磁振动器- 12 -3.3.2 气动振动器- 13 -3.3.3 气动振动体的运动理论- 14 -4 振动式精密播种装置结构设计- 16 -4.1 水稻芽种的物料特性- 16 -4.2 定量供种器结构设计- 16 -4.3气动振盘结构设计- 18 -5 振动式精密播种装置三维设计- 20 -5.1 定量供种器结构三维设计- 20 -5.1.1 橡胶弹性板的三维设计图- 20 -5.1.2 勺式外槽轮的三维设计图- 20 -5.1.3 定量供种器结构三维设计图- 21 -5.2 气动振盘结构三维设计- 21 -5.2.1 V形播种盘三维设计图- 21 -5.2.2 气动振盘结构三维设计- 22 -5.3 振动式精密播种装置三维设计图- 22 -6结论- 24 -参考文献- 25 -致谢- 27 -ii绪论1 绪 论1.1 课题背景 1.1.1 水稻生产情况及意义水稻一直以来被视为重要的粮食作物，在粮食安全中占据极其重要的地位。亚洲是世界水稻主要集中种植区域，其产量占世界水稻总产量的92，美国是北美的主要水稻生产国，意大利是欧洲最大的水稻生产国。中国是世界上最大的水稻生产国，水稻常年种植面积约3000万公顷，占全国谷物种植面积的30左右，世界水稻种植面积的20左右；水稻也是我国最主要的粮食作物之一，稻谷总产量近2亿吨，占全国粮食总产的40，占世界稻谷总产的35，稻谷平均单产6.212吨公顷，我国有近60%的人以稻米为主食，每年直接消耗大米1.3亿1.4亿吨，同时水稻深加工产业也日益兴起，例如用米糠加工成的米糠油作为一种高档营养保健食用油，在美国市场上价格是橄榄油的3倍(米糠经深加工后总价值增加1940元/吨) ，还可提取人体所需的多种维生素、工业用原料及饲料，进行多种产品精深加工，带来可观的经济效益，加工后的副产品附加值已引起各国家重视，所以水稻生产对推动国际国内的经济发展起着重要作用。可以看出，水稻是我国种植面积最大、单产最高、总产最多的粮食作物，水稻生产在我国粮食生产中占有极其重要的地位。加快发展水稻生产的机械化，减轻水稻生产的劳动强度，降低生产成本，增加产量和收益，是提高水稻综合生产能力，保障我国粮食安全的一项战略措施，对推动现代农业和社会主义新农村建设具有重要意义。目前，美国、意大利、日本、韩国的水稻生产机械化水平均已达到97%以上，实现了水稻生产全程机械化。国内外的实践证明，水稻生产全程机械化具有如下显著优点：1)效率高步进式和乘座式插秧机作业效率分别是人工栽插的11.5倍和30倍；机抛效率是人抛的25倍，是人力插秧的120倍；机直播人均生产率比手插高30倍；联合机械化收获作业效率是人工的4060倍。2)省工节本水稻机械直播比人工栽插可节省成本约750元/公顷；机械栽插比人工手插平均节约成本450元/公顷左右；机械收获较人工收获节省成本300元/公顷。3)减少损失、增产增收联合机械化收获总损失率低于5%，比人工收获减少损失8%左右；机插秧比人工栽插平均增产达5.3，提高单产375公斤/公顷以上；低温干燥可减少霉烂损失4%以上。4)提高稻米品质水稻机械化能实现标准化作业，按照农艺技术要求精确控制各环节作业质量，为无公害米、绿色大米、有机米生产提供保障。因此，大力推进水稻生产机械化，是解决水稻生产劳动力短缺问题，抵御自然灾害的影响，增强水稻生产防灾减灾能力，保障水稻生产增产增收，稳定水稻生产，实现水稻生产节本增效，提高水稻生产的劳动生产率和水稻综合生产能力，保证粮食安全，增加农民收入的现实之需，迫切之举。发展水稻生产机械化，改善农民生产条件，提高农民生活质量，促进农村劳动力向二、三产业转移，是加快农业现代化进程，促进城乡统筹协调发展，推动水稻主产区现代农业和社会主义新农村建设的必然要求。近年来，我国水稻生产机械化发展很快，到2007年水稻总体水平约为32.6%左右，总体趋势是南方比北方低，农村比农垦低，黑龙江垦区水稻综合机械化水平达84%。但与三大谷物比较偏低(小麦生产机械化水平已达81，玉米生产综合机械化水平为 40%)，其中种植和烘干机械化水平明显偏低，从2004 年以来，我国水稻生产机械化的具体情况见表 1.1。表1.1 水稻生产机械化现状及目标年份整地水平种植水平田间管水平收获水平烘干水平总体水平200420052006200720102015-60%70%85%5.8%7.1%-8%20%45%-50%-33.5%37.6%35%55%80%-10%-32.6%50%70%根据全国水稻生产机械化十年发展规划(2006年2015年)的目标：水稻优势产区生产机械化水平达到70以上，基本解决种植与收获两个环节机械化问题，有条件的地方应率先实现水稻生产全程机械化，而且到2020年全国基本实现水稻生产全程机械化，为了实现这个目标，水稻种植机械化需要大力发展。 1.1.2 水稻的主要种植模式及分布区域进入20世纪中期，随着世界水稻种植业的发展，水稻种植机械化取得了长足的进步，种植模式日趋多样化，直播与育苗移栽成为水稻种植机械化的两种主要形式。直播是美国、澳大利亚、意大利以及其它一些欧洲国家水稻种植的主要形式，它具有作业效率高，劳动强度低，生产作业成本低，尤其是节省水资源等显著特点，因此适合于大规模种植。育苗移栽是亚洲水稻种植的主要形式，主要包括插秧、抛秧等方法。日本水稻插秧机械科技水平一直走在世界的前列，20世纪80年代，日本全国基本形成了统一的水稻栽培模式，育秧、插秧机械已实现了系列化、标准化，到1990年水稻种植机械化水平达到98%。韩国起步较晚，但机械化发展迅速，已有赶超日本的趋势，1996年机插面积达种植面积的97%，泰国也已基本实现插秧机械化。在种植模式上虽然国外经济发达国家均实现了单一的机械化模式，如美国、澳大利亚、意大利实现了直播机械化，日本、韩国选择了以机械插秧为主的移栽机械化；而我国则由于稻作区域及其相应的种植制度差异，没有统一种植模式，种植模式处于多样化。如新疆、宁夏、上海、浙江以直播为主，内蒙、黑龙江、吉林、辽宁等省以机械插秧为主，机插秧面积在60%左右，而湖北、江苏等省有较大的抛秧面积，我国水稻各种植模式的种植面积占有量见表1.2。表1.2 我国水稻各种植模式的种植面积情况水稻种植模式直播抛秧插秧种植面积14%26%60%由于我国人多地少，田块小，多熟制生产，受传统精耕细作的影响，目前大部分稻区仍然采用人工种植技术，移栽所育秧苗绝大部分是通过人工经验撒播，秧盘育秧播种的机械化水平基本为零。为此，在水稻种植模式以育苗移栽为主体的基础上，国家“十一五”科技支撑计划项目将“水稻机械化技术研究与示范(2006BAD28B01)”作为“现代化农业和机械化耕作技术研究与示范”的关键课题之一，提出了水稻种植机械化的发展重点将以机械插秧为主，在适宜地区发展精少量机械直播和钵体苗机械有序移栽、抛栽，水稻机械化育秧将以精密播种技术为基础，采取软(硬)盘育秧等田间低成本秧盘育秧技术，在育秧季节气温较低的北方稻区采用简易设施(棚盘)育秧技术，有条件的地区发展育秧中心，开展工厂化育秧的规模化服务。 1.1.3 水稻种植技术的多样性我国不仅水稻的种植模式多样，而且各地适宜种植的水稻品种也有很大差异，浙江、江苏、湖南等省是国内拥有水稻品种较多的省份，按照水稻品种的不同可归为三类：常规稻、杂交稻、超级稻。在精密播种时，受水稻发芽率 影响，不同水稻品种的秧盘育秧播种量要求也不一样，其播量 与成秧率 的关系一般为 = ，见表1.3表1.3 不同水稻品种秧盘育秧播种的精度要求水稻品种常规稻杂交稻超级稻播种量粒/穴(或取秧面积)成秧数株/穴(或取秧面积)583624232112 1.1.4 超级稻机械化播种的难度随着水稻新品种的研发和种植技术的不断发展，原有的常规稻、杂交稻将被单产10.512.0 t/hm2的超级稻品种所替代，种植要求以精量播种、培育壮苗、宽行稀植、定量控苗、好气灌溉、精确施肥、综合防治等技术为核心的超高产集成技术相配套。这就标志着水稻秧盘育秧播种技术与装备也需进一步提高，技术要求由原来杂交稻24粒/穴(或取秧面积)的精少量播种提升为精准(播种数量精量和投种位置准确)播种，并且要求超级稻秧盘育秧精密播种设备应具有适应高速带芽播种的性能。目前机械化种植技术在我国常规稻、杂交稻上有一定的应用，但在超级稻方面尚处于探索阶段，而国外还没有出现超级稻机械化种植技术及装备，极大限制了超级稻大面积推广应用的速度。因超级稻种植要求用种量小，需要精准播种、少伤种，并且需要保证高成秧率，为此，本研究需要解决超级稻机械化秧盘育秧精密播种的主要技术难点及关键技术分析如下：1) 播种数量的精量性超级稻育秧同传统水稻育秧相比，秧盘育秧的播种量由原来的24粒/穴(或取秧面积)的精少量播种提升为精量播种，即21粒/穴(或取秧面积)，控制每穴(或取秧面积)的种子数量是研究的主要技术难点之一。2) 投种位置的准确性超级稻秧盘育秧播种技术不仅要求取种精量，而且还必须要求被取种子能准确地投放到相对应的秧盘穴孔内，避免因窜穴而影响播种均匀性，精确控制秧盘位置，保证同步对中投种是研究的又一技术难点。3) 高成秧率的必要性超级稻种植用种量小，秧苗密度低，秧盘育秧精密播种不仅要求芽种应具有高的成秧能力，而且空穴率也必须降低，因此应用钵体盘检测技术对播后秧盘进行空穴检测，进一步减少空穴，保持高成秧率，是研究的必要的关键技术。4) 自动化生产的高效性虽然超级稻秧盘育秧的播种精度要求很高，但其机械化生产的速度还必须保证，为此上述技术的研究必须适合高效连续自动化生产。通过上述超级稻机械化秧盘育秧精密播种的难度及关键性问题分析，要求水稻秧盘育秧播种机在播种精量、投种准确、减少空穴和高效率等技术方面还需进一步研究，需要采用先进的播种技术、控制方法和检测手段，才能使其达到更好的播种性能和更高的工作可靠性，另外各地区所用秧盘规格的不同，也需具有较强的通用性。因此国家提出了超级稻秧盘育秧精密播种的技术指标，具体要求如下：21粒/穴(或取秧面积)；生产率大于450盘/小时；播种合格率大于85%；播种空穴率小于3%。 1.2 水稻秧盘育秧播种流水线的关键技术现状 水稻秧盘育秧播种流水线主要由供/接送秧盘、铺/覆土、压实、播种、淋洒水等装置和秧盘组成，以前的核心技术仅是播种，而今除涉及播种器的精量取种外，能否保证准确投种、排土均匀也是秧盘育秧流水线的关键技术。 1.2.1 秧盘育秧精密播种装置按播种装置的结构形式和工作原理分类，水稻育秧播种器主要有机械式、振动式、气力式等。1机械式播种装置水稻秧盘育秧机械式播种器主要以槽轮式、窝眼轮式、型孔式或凸头式为核心工作部件，槽轮式属于条播(见图1.1)，窝眼轮式(见图1.2)或型孔式(日本三菱重工业株式会社的双工位型孔式播种器)属于穴播，凸头式(见图1.3)属于撒播，从结构形式可以看出，机械式播种器具有机构简单，造价低，生产率高等特点，但为保证充分充种，种槽的结构尺寸相对都比较大，播种量可达27粒/穴(或取秧面积)，对播种量控制不算严格，而且伤种现象也比较严重，针对常规水稻的大排量育秧播种效果较为理想，也是国内外应用较广的一类播种器。图1.1外槽轮式播种器 图1.2窝眼轮式播种器 图1.3凸头式播种器2振动式播种装置图1.4所示为2BZ-300型电磁振动式水稻育秧穴盘播种机的播种器示意图，具有机械结构比较简单、不伤种、槽轮定量供种可保证播种量可调等特点，通过试验验证，影响排种速度的因素不仅有水稻种子千粒重及形状，还包括振幅、频率、振动方向角、排种盘倾角及弹簧钢度等，都会直接影响到排种盘里各V形槽中种子流的连续性和均匀性，有断流和落种窜穴现象，影响播种精度；为了进一步保证播种的精量程度，西南农业大学还研制出了光电控制穴盘精密播种装置，采用光电控制和电磁振动结合不仅实现所需粒数的精量播种，而且为定量供种且不伤种提供了新思路，精度得到了提高，但生产效率低。1供种箱2调速电机3槽轮4连接架5电磁铁6弹簧板7排钟箱8秧盘图1.4电磁振动式播种器3气力式播种装置目前用于水稻育秧的气力式播种装置主要采用气吸方式，气吸式播种器主要有吸针式、吸盘式和滚筒式。水稻吸针式播种器一般采用往复摆动式机构带动吸嘴，主要用于单粒播种(吸种部件结构简图见(图1.5)，精度比较高，从理论上详细分析了影响吸种性能的主要因素有吸嘴直径、吸嘴端部结构形式、气室真空度，试验采取A型结构吸嘴，孔径为1.0 mm，真空度为0.012 MPa，工作频率为30 r/min，播种精度可达单粒率96%，重播率3%，空穴率1%，为保证充种，目前的工作频率提高范围不大，单排吸针生产效率仅能达到100盘/h左右，另外吸孔堵塞也是吸针式播种器不容忽视的问题，对于水稻种子，所需的吸嘴孔径一般在12 mm左右，又因为发芽后的水稻细小杂质较多，极易堵塞吸嘴，因吸针细长，目前除风力外，还没有强制通孔措施；而蔬菜、花卉等圆形小粒种子，外型比较规则，杂质也很少，一般不需要芽播，因此吸针式播种器主要用于蔬菜、花卉等经济作物的育秧精量播种。还发现以吸嘴为中心的球形流场，不同形状种子所需吸针到种盘的拾起距离模型，压力继续升高时，拾起距离不再发生明显变化，为气源的选择和种盘的安装提供依据。1换向阀 2气源 3吸针 4气室 5球半径图1.5 吸针式吸种部件结构示意图 水稻吸盘式播种器国内外研究的比较多，对吸盘式播种器的结构形式及其上的穴孔形状、大小、小孔数量和孔径的研究也多样。像2QB-330型气吸振动式秧盘精量播种机属于单工位吸盘式播种器、意大利巴里大学的带吸嘴的吸盘式播种器(图1.6)等，从工作过程看，气力吸种盘工作行程长，往返运动及定位排种使速度不平稳，易使吸附不牢的种子中途掉下，造成空穴，而且由于长期吸种，吸孔容易出现堵塞，这些缺陷对吸种效果均有很大影响。后来针对吸盘式的不足之处，西南农业大学将机械式振动改为电磁式激振机构，吸种效果有所提升；江苏理工大学还针对播种装置的振动台面的振动频率和气力吸种部件进行了深入研究，试验给出了播种装置的工作参数，但通过试验结果可以看出，吸种盘式播种器内部的压力分布不均，流场变化不稳定，吸种效果受风量和不稳定流场的压力变化等因素影响严重；为保证箱体内流场压力均等，黑龙江八一农垦大学在吸盘内部还设计了带有窗型孔的内隔板，来进一步控制流场的稳定性；在解决吸孔防堵方面，西南农业大学还提出了设计有对位通针装置的吸盘。总之，吸盘式的主流水线还是间歇作业，在保证充分吸种和吸盘稳定携种过程中，通常双工位生产效率仅为300盘/h，生产效率不算高。图1.6 带吸嘴的吸盘式播种器气吸滚筒式播种器在水稻、玉米、大豆、蔬菜和花卉秧盘育秧精密播种设备中均有应用，像美国Marksman公司的蔬菜育秧流水线采用的小滚筒播种器，日本和国内等都有此类播种器，(图1.7)为2ZBQ-300型水稻育秧播种流水线所使用的双层滚筒气吸式播种器，其内层吸孔孔径为4.0 mm，外层孔径为1.2 mm，壁厚为0.02 mm，试验表明，气吸式双层滚筒播种器能够有效的解决吸孔堵塞的问题，其性能指标可达到：在真空度为0.003 MPa情况下，空穴率5%，入穴率94%（14粒标准），生产率550盘/h，该播种器能实现连续吸/排种，并且保证播种育秧流水线连续运行。水稻是主要的粮食作物之一，世界上有半数以上的人口以稻米为食，全世界有111个国家生产并以水稻为主粮，水稻生产在国内外粮食安全中都有着极其重要的地位。世界水稻种植区域主要集中在亚洲，其产量占世界水稻总产量的92%，除此之外，北美和欧洲的主要水稻生产大国分别为美国和意大利。我国水稻种植面积约3000万hm2，占全国谷物种植面积的30%左右，占世界水稻种植面积的20%左右，仅次于印度，位居世界第二。水稻是我国最主要的粮食作物之一，是单产（平均6.212t/hm2，即414kg/666.7m2）和总产都最高的作物，总产量近2亿t，占全国粮食总产的40%，占世界稻谷总产的35%，位居世界第一。因此，我国的水稻生产在国际、国内都占有举足轻重的地位。1负压室 2播种滚筒 3种子箱 4同步输送机构 5增压室 6气流方向7抽气机构 8机架 9秧盘 10正压室图1.7 气吸双层滚筒式播种器 1.2.2 秧盘 用于抛秧的钵体盘技术研究方面，从60年代初期，日本稻作科技工作者就开始试用纸筒培育秧苗，结合手工抛撒自然入土，具有返青快、分蘖早，稳产高产等优点。70年代后期，日本学者来我国传播此项育秧技术，在其影响下,中国农科院和广东省农科院先后引进此项技术。1975年，日本学者松岛省三与丸井加工公司合作研制出塑料孔盘，每盘孔数按秧龄长短而不同，分别为578个孔体、648个孔体和2015个孔体。前二种适于育中苗，后一种适于育小苗。我国在引进日本塑盘抛秧的基础上，开始研究水稻孔体育秧抛栽技术。1981年，中国农科院作物所与东北塑料一厂共同研制出塑料方格育苗盘，规格为长60厘米，宽30厘米，高2.5厘米，盘中有800个各为2.25平方厘米的小方格，上大下小，底有5毫米渗水圆孔。1985年，黑龙江省牡丹江塑料三厂又生产了聚氯乙烯压塑406孔育秧硬盘。由于硬盘成本高，农民一次性投资难以承受，故推广应用面积不大。1987年，牡丹江地区农科所与上海市塑料厂合作利用聚氯乙烯回收料，研制出价格较低的孔体塑料软盘，并生产出多种规格孔盘，满足了各地培育大、中、小苗的需要。用于插秧的毯状盘技术研究方面，早期一直使用大田撒播育秧技术，现在主要使用毯状盘排布于秧池内，便于起秧和运输，秧毯比较规范，其形式主要为600mm300mm国家标准毯状盘。另外用于插秧的育秧盘又出现了钵体毯状盘，其特点是具备带土抛秧和插秧的优点，但其横、纵向插秧次数不可调，如3616穴的钵体毯状盘。目前配套的秧盘从材料和规格方面也不尽相同，塑料秧盘按照经济性和使用情况看，硬塑秧盘一般价格为15.018.0元/个，费用高，较少使用；硬化软塑秧盘价格虽然是硬塑秧盘的五分之一左右，但费用仍较高，使用越来越少；PVC软塑秧盘价格最低(仅0.30.8元/个)，但因其薄软易变形，一般需要托盘支撑，是现今使用较多的一类，如浙江理工大学的2616穴、中国农业大学的2515穴和2512穴钵体盘以及600mm300mm软毯状盘等。还有采用以稻草为原料研制的一次性秧盘，为增产和环保提供了新思路。 1.3 水稻秧盘育秧播种流水线的发展趋势为适应超级稻的种植技术要求，目前的水稻秧盘育秧播种流水线在播种精度、投种位置准确性、排土均匀性和检测等方面还需进一步研究。以传统机械式播种器为核心技术的水稻育秧流水线，虽然具有结构简单、造价低，能连续生产，效率高的特点，但由于其用种量大和落种随机性大，播种均匀性差，机械磨擦和挤压作用易伤种等特点都是不可避免的缺陷，不易满足超级杂交稻机播作业的精播、不伤种的农艺要求，只能适用于常规稻和杂交稻的播种育秧作业。对于经济欠发达和适宜普通水稻种植作业区，机械式育秧播种流水线仍然是较理想的选择机型。采用振动方式播种时，定量供种、保持排种盘里各V形槽中种子流的连续性和统一性、对穴同步播种等方面都是传统设计过程中的难点所在，如果借鉴水稻直播的电磁定量供种技术，可防止供种损伤，进一步提高种子流控制策略，避免断流和窜穴，稳定保持高速生产的同步播种，则对于水稻秧盘育秧播种是一种极有前途的生产方式。 1.4 研究目标与研究内容 1.4.1 研究目标我国幅员辽阔，各地区经济发展不平衡，秧盘育秧的条件差异较大，在实际应用中，应因地制宜选择水稻育秧播种技术与装备，针对不同水稻品种的育秧工艺要求，研制适当的秧盘育秧播种机。随着超级稻种植的推广，能适应其农艺要求的秧盘育秧播种技术及装备将是今后研究的主攻目标，因而从精量取种、准确播种、减少空穴等方面深入研究更加精密的播种器、更加简单实用的同步播种控制系统和秧盘检测等关键技术，尽快研制性能优良、工作可靠的新型精密育秧播种设备，进一步完善秧盘育秧播种体系，使水稻秧盘育秧播种机向着高速化、高精度、高自动化、低成本的方向发展，从而更好的满足超级稻秧盘育秧的精密播种需求。 1.4.2 主要研究内容围绕超级稻机械化种植的农艺要求，进行了超级稻超低播量机械化秧盘育秧精密播种关键技术及装备等工作，具体如下：1) 采用机械式排种器，设计外勺轮式定量供种装置2) 采用振动原理，对振动式精密播种装置的具体结构进行设计。- 9 -水稻秧盘育秧精密播种机总体配置2 水稻秧盘育秧精密播种机总体配置 2.1 总体结构水稻秧盘育秧播种流水线主要由机架、供盘装置、播底土装置、播种装置(勺式槽轮供种装置和振动播种器)、覆表土装置、清扫装置、淋水装置、取秧台、传动系统、电气系统及空气压缩机等组成（图 2.1）。工作原理为：人工把秧盘送入供送装置的上层，光电传感器控制供送装置依次将秧盘送至连续运动的输送链上，经过铺底土、播种、覆表土、清扫、淋洒水等工序，完成整个秧盘育秧播种过程。图2.1水稻秧盘育秧精密播种流水线总体结构示意图 2.2 振动式精密播种装置结构及工作原理振动式精密播种装置包括定量供种器和气动振盘。定量供种器采用电磁振动种室，在勺式外槽轮充种区上方形成振动连续的反“S”形薄层续种流。在定量供种试验基础上，基于BP神经网络建立定量供种模型。气动振盘有V形播种盘和充种平盘两种形式，由气动振动器产生振动，对定量供种器排出的脉动种子进行筛分除杂，形成均匀分布的种子流，在保证水稻种子沿气动振盘运动条件下，重点进行气动振盘排种速度优化，同时给出种子流对播种均匀性的影响规律，确定不同种子流和供种量的排种气动振动器压强。气动振盘主要由排种盘、气动振动器、振动板簧和支架等组成。由振动板簧把排种盘悬吊在支架内侧，调整支架的安装角度，可保证排种盘与水平面夹角1在410范围内调节；气动振动器安装在排种盘上横梁的中间位置，振动方向角为1，其振动引起振动板簧带动排种盘产生有规律的振动，调节振动器的输入气体压力P(0.16MPa0.30MPa)，可促使落于排种盘内的种子按照顺序向下滑行，完成播种或者充种过程。如(图 2.2)所示。工作原理为定量供种器可将精量的种子从种箱中分离出来，抛掷到气动振盘的排种盘上，经过筛分除杂后，由气动振盘均匀的排出。可用于对秧盘直接播种或者为气力式双层滚筒播种器的充填区稳定供种。1.种箱 2.振动板 3.电磁振动器 4.调节门 5.橡胶弹性板6.支架 7.气动振动器 8.振动板簧 9.排种盘 10.勺式外槽轮 11.调速电机图2.2 振动式精密播种装置结构示意图- 11 -振动式排种器设计3 气动振盘基本理论及振动器选取 3.1 气动振盘排种的基本理论如(图2.2)所示,采用勺式外槽轮供种存在脉动，不太适合直接播种或者充种。本研究的气动振盘可在振动力作用下，使滑落到排种盘上的种子分散平铺，并继续向下滑动，经筛分除杂后，流入V形槽板或者充种室板内，通过调节振动系统的工作参数，控制种子的流动速度，使原本分段下滑的种群，形成均匀连续的种子流，按照既定的生产率达到均匀播种或稳定充种的目的。3.2 水稻种子输送的基础理论分析稻种子属散粒物料，散粒体动力学理论表明，为使物料运动更加均匀稳定，必须减少散粒体的内摩擦因数，可增加其流动性，而特定物料的内摩擦因数是常数，要想在不改变物料状态的情况下改变其内摩擦因数是不可能的，因此为改变水稻种子流动性，可以采用振动原理使其形成“准流体”。目前振动形式主要有简谐直线振动、非简谐直线振动、圆周振动、椭圆振动等。确定振动形式后，通过改变振动系统的工作参数(振幅、频率、工作面倾角、振动方向角等)，使振动工作面带动其上的散粒物料产生不同的运动形式，相对于工作面散粒物料的运动形式主要有：静止、沿工作面下滑、沿工作面上行、抛掷运动等。为满足均匀播种或稳定充种的需要，本研究将采用简谐直线振动形式的气动振盘系统，使水稻种子产生沿盘面下滑或抛掷运动。3.3 振动器的选择因水稻芽种湿度较大，形状不规则，芽长不整齐等特点，使其流动性比较差。通过试验观察，振动系统的频率和振幅对流动性影响比较明显，因此为获得较好的排种流动性，所选用的振动器要具有频率和振幅可调且调节范围宽，适应性强等特点。 3.3.1 电磁振动器对播种器的振动，以往大部分都采用电磁振动器来实现，因受电压频率限制(一般为 050Hz)，在实际使用过程中，频率变化范围比较小，多用于低频场合，单个电磁铁的往复振动的产生，还需配备能使其复位的弹性机构，整体结构略显复杂(图3.1)，虽然振幅和频率可以调节，但电路设计较复杂，易受到干扰，影响振动效果。a) 电磁振动器应用 b) 控制电路板图3.1 电磁振动播种器及控制电路板 3.3.2 气动振动器瑞士 Findeva 公司生产的FP系列气动活塞振动器(图3.2)，具有直线振动功能，其内部结构如（图3.3），频率和离心力由气压控制，空气压缩机提供气源，通过气体调压阀控制进气压力和流量来实现频率和离心力的调节，